[發明專利]一種鋰離子電池石墨負極材料的改性方法

有效

• 申請號: 201610051493.0
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN105514394B
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 石強;朱國斌;曲群婷;鄭洪河
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/133;H01M4/1393;H01M10/0525
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司32103
• 代理人: 仇波

技術領域

本發明屬于鋰電池負極材料領域，涉及一種石墨材料的制備方法，具體涉及一種鋰離子電池石墨負極材料的改性方法。

背景技術

負極材料的改性是提高鋰離子電池性能，增強電池穩定性的一個重要途徑。石墨作為鋰離子電池負極材料，有著諸多的優勢。石墨的成本較低，比容量相對較高，對環境的危害也相對較小。然而石墨材料也存在著一定的問題，如何抑制電池循環中的多余副反應，以及如何保持石墨材料結構的完整性是石墨材料改性的重點內容。

石墨負極材料在電化學循環中，材料與電解液的固液界面會發生一系列反應，在材料表面會生成固體電解質界面膜（SEI膜）。一方面，SEI 膜的形成會消耗部分鋰離子，導致不可逆容量的增加，降低電極材料的首次庫侖效率，從而影響材料的利用率，以致電池生產成本的提高；另一方面，致密的 SEI 膜能有效防止溶劑分子的共嵌入，維持碳負極的結構穩定性，對鋰離子電池的倍率放電性能，貯存性能，循環性能和安全性等有很大的影響。

因此，通過一定的物理化學處理，對石墨表面進行包覆和改性是一種很有效的針對SEI膜的處理方法。該類方法可以改變材料表面的物理化學性質，從而影響SEI膜的形成及其性質。其中，對石墨材料進行表面包覆的相關研究已非常多，很多工作也都取得了不錯的進展。但是，前人的研究主要集中在無機材料的包覆。很多無機包覆方法（諸如磁控濺射、原子層堆積、電解等）都存在成本高、產量低，難以用于工業批量生產的問題。直接的無機鹽包覆，研究較少，且效果并不明顯。

發明內容

本發明目的是為了克服現有技術的不足而提供一種鋰離子電池石墨負極材料的改性方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種鋰離子電池石墨負極材料的改性方法，它包括以下步驟：

（a）將石墨與馬來酸鹽水溶液混合得混合液；

（b）將所述混合液在不斷攪拌的條件下加熱至干即可。石墨為人造石墨或/和天然石墨；馬來酸鹽為馬來酸鋰鹽、馬來酸鈉鹽、馬來酸鉀鹽中的一種或幾種的混合物。

優化地，所述石墨與馬來酸鹽的質量比為100：1~5，以調節包覆層馬來酸鹽的厚度。

進一步地，所述馬來酸鹽水溶液為向馬來酸水溶液中滴加堿液或直接將馬來酸鹽溶于水制得。

進一步地，所述加熱溫度為50~70℃。

進一步地，加熱溫度為60℃，此時包覆效果最好且時間較短。

優化地，它還包括步驟（c）將步驟（b）得到的材料繼續烘干，除去殘余水分。

進一步地，所述烘干方式為鼓風干燥或真空干燥。

由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：本發明鋰離子電池石墨負極材料的改性方法，通過將石墨和馬來酸鹽溶液混合，從而在石墨表面均勻沉積包覆一層馬來酸鹽。馬來酸鹽有著比較特殊的物理性質，它可以較好地溶解在水中，保證包覆的均一性；同時，馬來酸鹽在乙醇、N-甲基吡咯烷酮（NMP）等有機溶劑中非常難溶，這又保證了包覆層在材料制備電極片以及組裝成電池后在電化學循環過程中的穩定性，因為這一層包覆層的存在，起到了一層人工SEI膜的作用，有效的降低了材料的不可逆容量，提高了鋰離子電池的首次庫倫效率。另外，這層包覆層可以較好的貼附在石墨表面，因而能夠在一定程度上阻止溶劑化鋰離子的共嵌入，起到了SEI膜的作用，保護了石墨結構的穩定性，可以較好地保證石墨材料的長期循環穩定性。

附圖說明

附圖1為實施例3中改后性的鋰離子電池石墨負極材料的SEM圖像；

附圖2為實施例3中改后性的鋰離子電池石墨負極材料EDAX圖中C元素的圖像；

附圖3為實施例3中改后性的鋰離子電池石墨負極材料EDAX圖中O元素的圖像；

附圖4為實施例3中改后性的鋰離子電池石墨負極材料EDAX圖中Na元素的圖像；

附圖5為對比例1中得到的鋰離子電池石墨負極材料的SEM圖；

附圖6為實施例3中改后性的鋰離子電池石墨負極材料的SEM圖；

附圖7為實施例5中改后性的鋰離子電池石墨負極材料的SEM圖；

附圖8為對比例1、實施例1至實施例5中改后性的鋰離子電池石墨負極材料在0.1C倍率下長期循環可逆比容量圖。

具體實施方式

下面將結合附圖實施例對本發明進行進一步說明。

實施例1

本實施例提供一種鋰離子電池石墨負極材料的改性方法，它包括以下步驟：